[发明专利]一种生物高分子/甲壳素纳米晶复合支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

   本发明属于生物医用材料及组织工程技术领域，涉及一种生物高分子/甲壳素纳米晶复合支架材料及其制备方法。 

背景技术

组织工程的目的是研究开发用于修复、维护人体受损的组织或器官替代物。组织工程基本由细胞分离及培养、构建细胞培养支架、细胞/支架复合物的体外培养、移植这四部分构成。其中细胞培养支架材料在支持细胞生长、引导组织再生、控制组织结构和释放生物活性因子方面起到重要作用。

组织工程中所用到的细胞培养支架必须满足一下几点要求：（1）具有良好的生物相容性，（2）具有一定的力学性能，（3）具有适宜的孔隙率及孔径，以保证营养物质及代谢废物的扩散，（4）具有良好的可加工性和较低的加工成本，以便临床及商业化应用。组织工程支架中，较高的孔隙率和较大的孔径对于组织的形成具有促进作用，然而过高的孔隙率和孔径同时也会降低支架的力学性能。对于骨组织工程支架，一般认为数微米的孔径以及纳米孔隙有利于蛋白质的吸附及细胞黏附；孔径在10μm～50μm有利于纤维和毛细血管的长入；孔径在200μm～300μm有利于骨长入。而孔隙率则需要控制在75﹪以上细胞接种培养才有可能成功。

目前的生物可降解骨组织支架如聚（3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯）（PHBV）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯(PCL)多孔支架亲水性差，不具备生物活性，细胞不能在支架上很好地黏附；而且力学性能有待提高。针对这些缺点，可通过在支架中引入甲壳素纳米晶来改善。甲壳素具有良好的生物性能，具体如下：（1）在体内产生抗原的可能性很小，免疫原性低，对白细胞和巨噬细胞具有趋同化作用，可促进巨噬细胞的吞噬功能和水解活性，刺激淋巴因子和炎性介质的产生；（2）对纤维蛋白原的吸附能力强，能增加血小板的聚集，激活凝血系统，促使伤口封合；（3）能促进上皮细胞再生，通过促进纤维细胞迁移、扩增缩短伤口愈合时间等。有研究表明，含有甲壳素的支架能够显著促进细胞在其表面上的黏附与铺展。（EURO POLYM J. 2007,43:4123-35；J APPL POLYM SCI. 2010,117:3406-18）

在生物体内，甲壳素以直径为2.5nm到25nm的微纤形式存在。可以通过强酸酸解等方式除去甲壳素中的非晶区从而分离出具有纳米尺度的甲壳素晶体，即甲壳素纳米晶。由于甲壳素纳米晶尺寸极小，分子链排列高度有序，不同于其他晶体所存在的位错、空穴等缺陷，因此甲壳素纳米晶具有很高的强度和刚性，非常适合做为纳米增强材料。与传统的无机纳米粒子增强材料相比，甲壳素纳米晶具有可再生性、生物降解性、生物相容性、易于化学改性等特点，可替代传统的无机纳米粒子作为生物活性填料增强生物可降解高分子多孔支架。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种生物高分子/甲壳素纳米晶复合支架材料。

一种生物高分子/甲壳素纳米晶复合支架材料为共混物，该共混物包括生物可降解高分子、甲壳素纳米晶；甲壳素纳米晶与生物可降解高分子的质量比为1:100～1:10。

本发明的另一个目的是提供了上述生物高分子/甲壳素纳米晶复合支架材料的制备方法。

    本发明方法包括以下步骤：

步骤（1）.将生物可降解高分子溶于有机溶剂A中，40～90℃加热并磁力搅拌2～4小时，得到质量体积浓度为5～20﹪(单位为g/ml)的生物可降解高分子溶液；将甲壳素纳米晶超声分散在有机溶剂B，分散均匀后得到质量体积浓度为1～5﹪(单位为g/ml)的甲壳素纳米晶溶液；然后将甲壳素纳米晶溶液加入到生物可降解高分子溶液中，磁力搅拌15～30分钟，得到混合溶液，其中混合溶液中甲壳素纳米晶与生物可降解高分子的质量比为1:100～1:10；

    所述的生物可降解高分子为聚（3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯）（PHBV）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）中的一种或多种；

所述的甲壳素纳米晶形状为针状或棒状，宽度10～40nm ，长度200～500nm；

所述的有机溶剂A为二氧六环、四氢呋喃的一种或二氯甲烷与二氧六环的混合溶剂；其中二氯甲烷与二氧六环的混合溶剂中二氯甲烷与二氧六环的加入量为任意比例；

所述的有机溶剂B与有机溶剂A选用的物质相同；

    步骤（2）.将无机粒子加入到步骤（1）混合溶液中，混合均匀后倒入模具中，置于-80～4℃下冷冻4～24小时，得到冷冻凝固的生物可降解高分子/甲壳素纳米晶混合物；生物可降解高分子/甲壳素纳米晶混合物中生物可降解高分子与无机粒子的质量比为1:3～1:9；